开关状态检测电路及其检测方法与流程

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1.本发明属于开关电路技术领域，具体涉及一种开关状态检测电路及其检测方法。

背景技术：

2.目前检测开关粘连及其工作状态的方法中，带辅助触点的方法成本高，物理上的机械联动不可靠；带采样的方法需要占用ad采样资源，隔离采样方案成本也很高，特别是多路开关的检测占用ad资源多，成本高，甚至需要增加控制芯片来实现。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种开关状态检测电路及其检测方法，低成本实现开关状态检测。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
5.一种开关状态检测电路，包括待检测开关、电阻网络分压电路、参考电压产生电路以及电压比较电路；
6.待检测开关包括正极开关和负极开关；正极开关第一端接电源正极，负极开关第一端接电源负极；负极开关断开时，电源负极与负极开关第二端存在一定的电位差；
7.电阻网络分压电路包括正极开关电阻网络分压电路和负极开关电阻网络分压电路；正极开关电阻网络分压电路包括串联于正极开关第二端和负极开关第二端之间的若干个电阻；从正极开关第二端或两电阻之间的连接点引出正极开关比较电压vin+；负极开关电阻网络分压电路包括依次串联于正极开关第一端和负极开关第二端之间的第一电阻和第三电阻，第一电阻和第三电阻的连接点与负极开关第一端相连，第一电阻和第三电阻的连接点引出负极开关比较电压vin-；
8.参考电压产生电路用于产生正极开关参考电压和负极开关参考电压；
9.电压比较电路包括正极开关比较器和负极开关比较器；正极开关比较电压vin+和正极开关参考电压连接于正极开关比较器的两输入端，正极开关比较器的输出电平指示正极开关状态；负极开关比较电压vin-和负极开关参考电压连接于负极开关比较器的两输入端，负极开关比较器的输出电平指示负极开关状态。
10.一种利用上述的开关状态检测电路实现的开关状态检测方法，包括以下步骤：
11.判断正极开关比较器的输出电平或负极开关比较器的输出电平是否符合预设电平；
12.若是，则开关状态正常；若否，则开关粘连或开关故障。
13.该方法具体为：
14.获取正极开关比较器的输出电平或负极开关比较器的输出电平；
15.判断是否有开关吸合指令；
16.若有开关吸合指令，则判断有开关吸合指令的开关的开关比较器的输出电平是否符合预设电平；若是，则开关状态正常；若否，则开关故障；
17.若无开关吸合指令，则判断无开关吸合指令的开关的开关比较器的输出电平是否符合预设电平；若是，则开关状态正常；若否，则开关粘连。
18.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
19.本发明提供了开关粘连及其工作状态的检测电路及方法，开关后端的电压在正常工作状态下与参考电压的比较产生一个电平信号，而开关后端的电压在故障状态下与参考电压的比较产生另外一个电平信号，通过电平信号的变化判断开关的粘连及其工作状态。这种直接通过电气信号，即高低电平来进行开关状态的检测方法，既解决了物理机械联动的不可靠、不可信的问题，同时解决了ad采样占用资源多，且分别采样正、负开关状态电路复杂，隔离采样成本过高的问题，是比较理想的解决方案。
附图说明
20.图1为开关状态检测电路的原理框图；
21.图2为电阻网络分压电路图；
22.图3为本发明一实施例的电压比较电路图；
23.图4为本发明一实施例的电平信号传输示意图；
24.图5为本发明另一实施例的电压比较电路图；
25.图6为本发明另一实施例的电平信号传输示意图；
26.图7为开关粘连状态检测流程图；
27.图8为开关故障状态检测流程图；
28.图9为开关综合状态检测流程图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
30.本发明提供的是检测开关粘连及其工作状态的电路及方法，应用于电力电子领域，特别是对于目前新能源汽车继电器、接触器的工作状态提供一种检测方法，从而指示开关的粘连及其工作状态，以达到车辆无故障、安全行驶的规范要求。
31.本发明的开关状态检测电路，如图1和图2所示，包括待检测开关、电阻网络分压电路、参考电压产生电路以及电压比较电路。
32.待检测开关包括正极开关和负极开关；正极开关第一端接电源正极，负极开关第一端接电源负极，正极开关第二端和负极开关第二端之间接设备或产品，正极开关后端通过正极开关引入电源正极，负极开关后端通过负极开关引入电源负极，即正极开关和负极开关用于将电源送入设备或产品。电源正极与负极开关第二端存在一定的电位差；负极开关断开时，电源负极需与负极开关第二端存在一定的电位差。
33.电阻网络分压电路包括正极开关电阻网络分压电路和负极开关电阻网络分压电路；正极开关电阻网络分压电路包括串联于正极开关第二端和负极开关第二端之间的若干个电阻，可以为一个，也可以为多个；从正极开关第二端或两电阻之间的连接点引出正极开
关比较电压vin+；负极开关电阻网络分压电路包括依次串联于正极开关第一端和负极开关第二端之间的第一电阻和第三电阻，第一电阻和第三电阻的连接点与负极开关第一端相连，第一电阻和第三电阻的连接点引出负极开关比较电压vin-；第一电阻r1和第三电阻r3之间可以添加一个第二电阻r2，第一电阻r1和第二电阻r2的连接点与负极开关第一端相连，第二电阻r2和第三电阻r3的连接点引出负极开关比较电压vin-。第二电阻r2起到分压的目的，当电源为高压时，使负极开关比较电压vin-符合比较器的电压输入范围；同理，串联于正极开关第二端和负极开关第二端之间的其他电阻，例如：第四电阻r4和第五电阻r5，同样是起到分压的作用。若电路中不设置分压电阻，则可以利用分压器或分压电路将开关的比较电压分压，再输入至比较器中。
34.需要说明的是，电阻网络分压电路中的电阻可以用电阻网络来替代。
35.由于电源正极与负极开关第二端之间存在一定的电位差，故正极开关吸合前后，正极开关比较电压vin+不同；同理，由于电源负极与负极开关第二端也存在一定的电位差，故负极开关吸合前后，负极开关比较电压vin-也不同。
36.参考电压产生电路用于产生正极开关参考电压vref+和负极开关参考电压vref-。
37.电压比较电路包括正极开关比较器和负极开关比较器；正极开关比较电压vin+和正极开关参考电压vref+连接于正极开关比较器的两输入端，正极开关比较器的输出电平指示正极开关状态；负极开关比较电压vin-和负极开关参考电压vref-连接于负极开关比较器的两输入端，负极开关比较器的输出电平指示负极开关状态。本实施例中，电压比较电路还包括正极开关状态输出信号滤波及上拉电路和负极开关状态输出信号滤波及上拉电路；如图3和图5所示，正极开关状态输出信号滤波及上拉电路包括第十五电阻r15、第十六电阻r16和第六电容c6；其中，第十六电阻r16为上拉电阻，第十六电阻r16的一端连接电源，另一端通过第六电容c6接地；第十五电阻r15位于正极开关比较器的输出端与第十六电阻r16和第六电容c6的连接点之间或位于第十六电阻r16和第六电容c6的连接点之后；正极开关状态输出信号滤波及上拉电路后端引出输出信号zjzn，输出信号zjzn指示正极开关状态；
38.负极开关状态输出信号滤波及上拉电路包括第十三电阻r13、第十四电阻r14和第五电容c5；其中，第十四电阻r14为上拉电阻，第十四电阻r14的一端连接电源，另一端通过第五电容c5接地；第十三电阻r13位于负极开关比较器的输出端与第十四电阻r14和第五电容c5的连接点之间或位于第十四电阻r14和第五电容c5的连接点之后；负极开关状态输出信号滤波及上拉电路后端引出输出信号fjzn，输出信号fjzn指示负极开关状态；
39.如图4和图6所示，输出信号zjzn和输出信号fjzn隔离光耦信号传输或通过can信号传输。开关状态信号上传，特别对应需要隔离信号传输的设计要求时，本发明的电路具备成本优势，并且不需要占用ad资源，对于进一步采用简单控制芯片或共用控制芯片提供了可能性。
40.本实施例中，参考电压产生电路包括正极开关参考电压产生电路和负极开关参考电压产生电路；正极开关参考电压产生电路包括第七电阻r7、第八电阻r8和第一电容c1；第七电阻r7一端与电源相连，第七电阻r7的另一端与第八电阻r8和第一电容c1的一端相连并引出正极开关参考电压，第八电阻r8和第一电容c1的另一端接地；
41.负极开关参考电压产生电路包括第九电阻r9、第十电阻r10和第二电容c2；第九电
阻r9一端与电源相连，第九电阻r9的另一端与第十电阻r10和第二电容c2的一端相连并引出负极开关参考电压，第十电阻r10和第二电容c2的另一端接地。参考电压可以用比较器供电电源分压产生。
42.本实施例中，正极开关比较电压vin+和负极开关比较电压vin-均通过滤波电阻连接于开关比较器的输入端，该输入端还通过滤波电容接地，实现滤波。
43.实施例1
44.如图3和图4所示，正极开关比较电压vin+接正极开关比较器的同相输入端，正极开关参考电压vref+接正极开关比较器的反相输入端；负极开关比较电压vin-接负极开关比较器的同相输入端，负极开关参考电压vref-接负极开关比较器的反相输入端。
45.正极开关和负极开关包括机械开关和电子开关。电阻网络r1、r2、r3用来识别负极开关状态。假设电源正极电位高于电源负极电位高于负载地电位。没吸合指令时开关在正常状态，vin-有一分压值大于参考电压，比较器输出信号fjzn为高电平；开关在粘连状态时vin-分压值为零小于参考电压，比较器输出信号fjzn为低电平，这就是负极开关粘连检测的原理和方法。这个可以有一个延申应用，有吸合指令时开关正常状态vin-分压值为零小于参考电压，比较器输出信号fjzn为低电平；开关故障没吸合状态vin-有一分压值大于参考电压，比较器输出信号fjzn为高电平；即可以用来检测负极开关故障不吸合。
46.电阻r4、r5、r6用来识别正极开关状态，没吸合指令时开关在正常状态vin+分压值为零小于参考电压，比较器输出信号zjzn为低电平；开关在粘连状态时vin+有一分压值大于参考电压，比较器输出信号zjzn为高电平，这就是正极粘连检测的原理和方法。这个可以也有一个延申应用，有吸合指令时开关正常状态，vin+有一分压值大于参考电压，比较器输出信号zjzn为高电平；开关故障没吸合状态vin+分压值为零小于参考电压，比较器输出信号zjzn为低电平；即可以用来检测开关故障不吸合。
47.实施例2
48.如图5和图6所示，正极开关比较电压vin+接正极开关比较器的反相输入端，正极开关参考电压接正极开关比较器的同相输入端；负极开关比较电压vin+接负极开关比较器的反相输入端，负极开关参考电压接负极开关比较器的同相输入端。
49.实施例2表示高低电平代表含义可以对调，表示主要思想是由电平变化判断开关状态。
50.本发明还提供一种上述的开关状态检测电路实现的开关状态检测方法，如图7、图8和图9所示，包括以下步骤：
51.判断正极开关比较器的输出电平或负极开关比较器的输出电平是否符合预设电平；
52.若是，则开关状态正常；若否，则开关粘连或开关故障。
53.具体的：
54.获取正极开关比较器的输出电平或负极开关比较器的输出电平；
55.判断是否有开关吸合指令；
56.若有开关吸合指令，则判断有开关吸合指令的开关的开关比较器的输出电平是否符合预设电平；若是，则开关状态正常；若否，则开关故障；
57.若无开关吸合指令，则判断无开关吸合指令的开关的开关比较器的输出电平是否
符合预设电平；若是，则开关状态正常；若否，则开关粘连。
58.综上所述，本发明提供了一种新能源汽车开关工作状态指示的方法，防止因开关的粘连产生安全事故而提供可靠的开关状态信号，确保新能源汽车安全可靠运行。本发明通过电气信号高低电平进行开关状态检测，通过低成本信号光耦实现信号的隔离传输；可以单独针对正极开关或者负极开关使用，也可以单路或多路开关应用。
59.需要指出，根据实施的需要，可将本技术中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
60.本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种开关状态检测电路，其特征在于，包括待检测开关、电阻网络分压电路、参考电压产生电路以及电压比较电路；待检测开关包括正极开关和负极开关；正极开关第一端接电源正极，负极开关第一端接电源负极；负极开关断开时，电源负极与负极开关第二端存在一定的电位差；电阻网络分压电路包括正极开关电阻网络分压电路和负极开关电阻网络分压电路；正极开关电阻网络分压电路包括串联于正极开关第二端和负极开关第二端之间的若干个电阻；从正极开关第二端或两电阻之间的连接点引出正极开关比较电压vin+；负极开关电阻网络分压电路包括依次串联于正极开关第一端和负极开关第二端之间的第一电阻和第三电阻，第一电阻和第三电阻的连接点与负极开关第一端相连，第一电阻和第三电阻的连接点引出负极开关比较电压vin-；参考电压产生电路用于产生正极开关参考电压和负极开关参考电压；电压比较电路包括正极开关比较器和负极开关比较器；正极开关比较电压vin+和正极开关参考电压连接于正极开关比较器的两输入端，正极开关比较器的输出电平指示正极开关状态；负极开关比较电压vin-和负极开关参考电压连接于负极开关比较器的两输入端，负极开关比较器的输出电平指示负极开关状态。2.根据权利要求1所述的开关状态检测电路，其特征在于，电压比较电路还包括正极开关状态输出信号滤波及上拉电路和负极开关状态输出信号滤波及上拉电路；正极开关状态输出信号滤波及上拉电路包括第十五电阻、第十六电阻和第六电容；其中，第十六电阻为上拉电阻，第十六电阻的一端连接电源，另一端通过第六电容接地；第十五电阻位于正极开关比较器的输出端与第十六电阻和第六电容的连接点之间或位于第十六电阻和第六电容的连接点之后；正极开关状态输出信号滤波及上拉电路后端引出输出信号zjzn，输出信号zjzn指示正极开关状态；负极开关状态输出信号滤波及上拉电路包括第十三电阻、第十四电阻和第五电容；其中，第十四电阻为上拉电阻，第十四电阻的一端连接电源，另一端通过第五电容接地；第十三电阻位于负极开关比较器的输出端与第十四电阻和第五电容的连接点之间或位于第十四电阻和第五电容的连接点之后；负极开关状态输出信号滤波及上拉电路后端引出输出信号fjzn，输出信号fjzn指示负极开关状态；输出信号zjzn和输出信号fjzn隔离光耦信号传输或通过can信号传输。3.根据权利要求1所述的开关状态检测电路，其特征在于，正极开关比较电压vin+接正极开关比较器的同相输入端，正极开关参考电压接正极开关比较器的反相输入端；或正极开关比较电压vin+接正极开关比较器的反相输入端，正极开关参考电压接正极开关比较器的同相输入端。4.根据权利要求1所述的开关状态检测电路，其特征在于，负极开关比较电压vin-接负极开关比较器的同相输入端，负极开关参考电压接负极开关比较器的反相输入端；或负极开关比较电压vin+接负极开关比较器的反相输入端，负极开关参考电压接负极开关比较器的同相输入端。5.根据权利要求1所述的开关状态检测电路，其特征在于，参考电压产生电路包括正极开关参考电压产生电路和负极开关参考电压产生电路；正极开关参考电压产生电路包括第七电阻、第八电阻和第一电容；第七电阻一端与电
源相连，第七电阻的另一端与第八电阻和第一电容的一端相连并引出正极开关参考电压，第八电阻和第一电容的另一端接地；负极开关参考电压产生电路包括第九电阻、第十电阻和第二电容；第九电阻一端与电源相连，第九电阻的另一端与第十电阻和第二电容的一端相连并引出负极开关参考电压，第十电阻和第二电容的另一端接地。6.根据权利要求1所述的开关状态检测电路，其特征在于，正极开关比较电压vin+和负极开关比较电压vin-均通过滤波电阻连接于开关比较器的输入端，该输入端还通过滤波电容接地。7.根据权利要求1所述的开关状态检测电路，其特征在于，参考电压产生电路的电源和电压比较电路的电源为同一个电源。8.根据权利要求1所述的开关状态检测电路，其特征在于，正极开关和负极开关为机械开关或电子开关。9.一种利用权利要求1至8中任意一项所述的开关状态检测电路实现的开关状态检测方法，其特征在于，包括以下步骤：判断正极开关比较器的输出电平或负极开关比较器的输出电平是否符合预设电平；若是，则开关状态正常；若否，则开关粘连或开关故障。10.根据权利要求9所述的开关状态检测方法，其特征在于，该方法具体为：获取正极开关比较器的输出电平或负极开关比较器的输出电平；判断是否有开关吸合指令；若有开关吸合指令，则判断有开关吸合指令的开关的开关比较器的输出电平是否符合预设电平；若是，则开关状态正常；若否，则开关故障；若无开关吸合指令，则判断无开关吸合指令的开关的开关比较器的输出电平是否符合预设电平；若是，则开关状态正常；若否，则开关粘连。

技术总结

本发明公开了一种开关状态检测电路及其检测方法，该电路包括待检测开关、电阻网络分压电路、参考电压产生电路以及电压比较电路；待检测开关包括正极和负极开关；电压比较电路的输出电平指示开关状态。本发明提供了开关粘连及其工作状态的检测电路及方法，开关后端的电压在正常工作状态下与参考电压的比较产生一个电平信号，而开关后端的电压在故障状态下与参考电压的比较产生另外一个电平信号，通过电平信号的变化判断开关的粘连及其工作状态。这种直接通过电气信号，即高低电平来进行开关状态的检测方法，既解决了物理机械联动的不可靠、不可信的问题，同时解决了AD采样占用资源多，且分别采样正、负开关状态电路复杂，隔离采样成本过高的问题。样成本过高的问题。样成本过高的问题。